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2015-03-01冷暖自知？怎麼知道熱不熱
543 期
Author 作者
曾耀寰／任職於中研院天文所，《科學月刊》總編輯、《物理雙月刊》總編輯。
「夢覺、透窗風一線，寒燈吹息」，文學詩詞總是隱喻，拐彎抹角來形容一個人、或事、或物，柳永的浪淘沙一開始寫的是半夜醒來的寒夜，一縷冷風從窗縫鑽進來，吹熄了燈火。很多人都有這樣的經驗，人經過休息睡眠，新陳代謝減緩，體溫自然下降，半夜忽醒，這時更覺得寒冷。尤其是「幾度飲散歌闌，相暖鴛鴦被」，睡前的飲酒作樂，相擁於暖暖的鴛鴦被，香酒美人，相較於半夜咋醒，更顯清冷。
冷熱體會人人皆有，雖然我沒辦法告訴別人有多冷，人道是「冷暖自知」，每個人的耐冷熱程度不同，但我們總覺得自己對冷熱的感覺是絕對的，我自己總該知道冷熱。其實人對冷熱的感覺是相對的，以下的簡單實驗可以驗證這一點，人對冷熱的感覺並不那麼可靠。
不輕易相信自己的感受！
準備三盆水，分別是熱水、溫水和冰水，先將雙手放在溫水中，經過三分鐘雙手適應後，左右手再分別放在熱水和冰水當中，經過三分鐘適應，這時一手是熱的，另一手是冰的。接著再同時放回溫水，奇妙的感覺出現了！剛才放在冰水的手感覺溫水是熱的，而浸在熱水的手卻感覺是涼的，同一盆水，左右手有不同的冷熱感受。
手對冷熱的真實感覺是不可靠的、是相對的。手放入水中，手本身的溫度開始改變，嚴格地說，若是放在冰水，手溫下降，而冰水溫度開始上升，最後雙方達到平衡。同樣的平衡狀況也會發生在熱水的接觸，當中的基本定律就是不同冷熱物體的接觸，最後會達到冷熱相同的狀態，我們稱達到平衡。
上述實驗告訴我們，物體冷熱光靠手的觸覺是不可靠的，以及感受冷熱程度必須先透過接觸，當兩物體相互接觸，雙方冷熱達到一致，達到平衡，這是測量溫度的基本定律。而一套可以獲得物體冷熱程度的客觀工具，我們稱之為測溫計（thermoscope）或溫度計（thermometer）。當溫度計或測溫計接觸物體，達到平衡，我們才能知道冷熱的變化，甚至量到溫度。早期測量冷熱的工具稱做測溫器，若加上刻度，可以得到量化的數值，我們才稱為溫度計。
利用熱漲冷縮測量溫度
上述的測溫器也好，或溫度計，都利用物體熱脹冷縮的原理。物體受冷熱而有體積大小的變化，我們用膨脹係數β來描述不同的體積變化程度。膨脹係數的單位是每單位溫度體積變化的比例，係數愈大代表體積變化愈大。
可以明顯看到，氣體的膨脹係數最大，其次是液體，相較之下，固體最不容易因溫度而改變體積，例如玻璃。氣體的膨脹係數較大，靈敏度較高，表示溫度些微改變，體積就有很大的變化量，但用在一般的測量，得需要較大尺寸的溫度計。若求方便，改用適當體積變化量的液體是必要的。
酒精是初期的選擇，1709年，德國物理學家華倫海特（Daniel Gabriel Fahrenheit） 首次發明酒精溫度計，但酒精容易有汽化的現象；也就是說，在量測過程中，體積的改變不僅來自熱脹冷縮，從液態轉變成氣態的量，也會改變體積的大小，而水銀不易有這個缺點，1714年華倫海特改用水銀溫度計。但由於水銀揮發後有毒，我國已於民國100年7月1日起，全面禁止輸入販賣水銀溫度計，如果讀者家中還有水銀溫度計，要小心處理或保存。熱膨冷縮式的溫度計還有其它型式，將兩種膨脹係數不同的金屬片焊在一起，當溫度上升，易膨脹的金屬片向另一片金屬彎曲，彎曲程度和溫度有關，因此也可作為溫度計。
利用電阻測量溫度
除了透過熱脹冷縮的物體特性外，還可以藉由電阻的變化來度量溫度。電阻可以想像成電在物體中行走所受到的阻力。 ……【更多內容請閱讀科學月刊第543期】